1項(xiàng)目背景

    上海航天設(shè)備制造總廠屬于典型的航天裝備制造企業(yè)，承擔(dān)了我國(guó)大量重點(diǎn)型號(hào)的結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工任務(wù)。為了提高新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力，提高產(chǎn)品的質(zhì)量水平，自上世紀(jì)90年代初，開(kāi)始投入資金引進(jìn)現(xiàn)代化的CNC加工設(shè)備、先進(jìn)的CAD/CAM技術(shù)等組建高水平的數(shù)控車間。特別是隨著企業(yè)新的精密數(shù)控廠房的建成，數(shù)控設(shè)備的逐漸增多，如何加強(qiáng)對(duì)它們的管理、使其發(fā)揮出最大的經(jīng)濟(jì)效益成了企業(yè)和車間的重要議程。

    隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息管理技術(shù)以及CAD/CAE/CAM集成化技術(shù)的逐步成熟和廣泛應(yīng)用，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的有效管理和設(shè)計(jì)制造一體化提供了強(qiáng)有力的技術(shù)手段。

    上海航天設(shè)備制造總廠為了與整體信息化建設(shè)接軌，提高管理效率，考慮采用分布式多用戶DNC系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)多方面調(diào)研，上海航天設(shè)備制造總廠與北京蘭光創(chuàng)新科技公司合作，引進(jìn)了具有世界領(lǐng)先水平的CIMCO DNC-Max數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，成功地將所有數(shù)控機(jī)床聯(lián)入企業(yè)局域網(wǎng)，形成了數(shù)控機(jī)床和數(shù)控程序的網(wǎng)絡(luò)化管理，提高了管理水平。

    2 DNC的作用

    DNC(Distributed Numerical Control)分布式數(shù)字控制，是現(xiàn)代化機(jī)械加工車間的一種運(yùn)行模式，它以數(shù)控技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)，把與制造過(guò)程有關(guān)的設(shè)備(如數(shù)控機(jī)床等)與上層控制計(jì)算機(jī)集成起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)制造車間制造設(shè)備的集中控制管理以及制造設(shè)備之間、制造設(shè)備與上層計(jì)算機(jī)之間的信息交換。它是現(xiàn)代化機(jī)械加工車間實(shí)現(xiàn)設(shè)備集成、信息集成、功能集成，網(wǎng)絡(luò)化管理，無(wú)紙化制造的一種新方法，是車間自動(dòng)化的重要模式，是實(shí)現(xiàn)CAD/CAM和計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)集成的紐帶。

    具體來(lái)講，DNC系統(tǒng)可以有效解決目前數(shù)控生產(chǎn)車間一些普遍存在的問(wèn)題：

    （1）車間現(xiàn)有的數(shù)控系統(tǒng)繁雜，各系統(tǒng)之間所用的通訊程序也不一樣，上海設(shè)備制造總廠的數(shù)控機(jī)床涉及的數(shù)控系統(tǒng)包括NUM、FANUC、Siemens等，每種不同的控制系統(tǒng)又有多種不同的型號(hào)，造成相互之間互不兼容的現(xiàn)狀，給技術(shù)人員、操作人員的編程和應(yīng)用帶來(lái)很多不便，大大地限制了零件的轉(zhuǎn)移加工。

    （2）通訊程序?yàn)?對(duì)1的通訊程序，不具有程序自動(dòng)反應(yīng)和監(jiān)測(cè)功能，在進(jìn)行機(jī)床與計(jì)算機(jī)的通信時(shí)，必須1個(gè)人在機(jī)床前操作機(jī)床，另一個(gè)人在計(jì)算機(jī)終端前操作通訊軟件，兩者交替操作。

    （3）程序傳輸用單機(jī)或筆記本的形式，頻繁的熱插熱拔容易燒壞機(jī)床接口。

    （4）部分老的數(shù)控系統(tǒng)，內(nèi)存空間有限，程序一多，機(jī)床的內(nèi)存空間就不夠了，大量的加工程序不得不進(jìn)行反復(fù)的刪除和鍵入，直接影響到數(shù)控機(jī)床的使用效率。

    （5）車間堆放很多電腦，工業(yè)環(huán)境惡劣，電腦壽命大大縮短，而且凌亂、不利于車間現(xiàn)場(chǎng)管理。

    （6）數(shù)控程序管理混亂，程序一般是編程員各自保管，容易丟失或誤操作。

    （7）電腦上的程序和工藝卡、模型圖、刀具清單等之間都是孤立保存，時(shí)間一長(zhǎng)，容易忘記它們的對(duì)應(yīng)關(guān)系，需要反復(fù)進(jìn)行對(duì)照。

    （8）由于工廠管理部門或管理系統(tǒng)不能及時(shí)得到生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀況，因而不能做出科學(xué)的生產(chǎn)管理計(jì)劃及措施，極大地影響了工廠生產(chǎn)效能的發(fā)揮。

    3上海航天設(shè)備制造總廠DNC系統(tǒng)實(shí)施方案

    針對(duì)以上問(wèn)題，經(jīng)過(guò)與北京蘭光創(chuàng)新公司技術(shù)人員交流，最終采用了如下的機(jī)床聯(lián)網(wǎng)方式。以下是方案說(shuō)明：

    3.1系統(tǒng)的連接方案及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    上海航天設(shè)備制造總廠數(shù)控車間根據(jù)自身的實(shí)際情況以及與北京蘭光創(chuàng)新公司的探討，確定了如圖1所示的基于單串口服務(wù)器的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

    單串口服務(wù)器方案的特點(diǎn)是：每臺(tái)串口數(shù)控設(shè)備上都分別裝有一臺(tái)單串口設(shè)備服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)任意設(shè)備與以太網(wǎng)直接相聯(lián)，達(dá)到在以太網(wǎng)上的任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)，都可以直接控制任意一臺(tái)數(shù)控設(shè)備。

    其優(yōu)點(diǎn)是：

    ·靈活性好，可以做到任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)都可以直接控制任意一臺(tái)數(shù)控設(shè)備，與多串口服務(wù)器相比，數(shù)控設(shè)備控制的靈活性更大。

    ·可靠性強(qiáng)，因?yàn)檫@種連接方式是典型的星型連接，即便單串口設(shè)備服務(wù)器發(fā)生故障，只會(huì)影響一臺(tái)設(shè)備。

圖1 基于單串口服務(wù)器的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    ·不受RS232傳輸距離的限制，確保系統(tǒng)傳輸穩(wěn)定可靠。

    缺點(diǎn)是：需要建設(shè)局域網(wǎng)，成本稍高。這一點(diǎn)對(duì)于上海航天設(shè)備制造總廠的新建廠房來(lái)說(shuō)，局域網(wǎng)的鋪設(shè)必不可少，因此，對(duì)成本的影響不大。

3.2系統(tǒng)的硬件組成

    從圖1可以看出，系統(tǒng)中除了數(shù)控加工設(shè)備、用戶終端、服務(wù)器和必需的網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)線路以外，主要硬件設(shè)備就是單串口服務(wù)器。每一個(gè)單串口服務(wù)器對(duì)應(yīng)一臺(tái)數(shù)控加工設(shè)備，安裝在機(jī)床控制柜或控制面板箱內(nèi)，其一端通過(guò)RS232接口與數(shù)控機(jī)床的串口相連接，另一端通過(guò)RJ45接口直接利用屏蔽雙絞線連入局域網(wǎng)。

    在我廠的DNC系統(tǒng)中，我們選用的是世界著名工控產(chǎn)品——MOXA DE211型單串口服務(wù)器，該產(chǎn)品具有穩(wěn)定、可靠及抗浪涌的功能。

    3.3系統(tǒng)的軟件組成及其功能

    系統(tǒng)的軟件由三部分構(gòu)成：

    ·CIMCO DNC-Max V5  功能強(qiáng)大的DNC通訊系統(tǒng)

    ·CIMCO Edit V5  高效、靈活的數(shù)控程序編輯器

    ·CIMCO NCBase V5 高端數(shù)控程序管理系統(tǒng)

    這三個(gè)部分無(wú)縫集成為一個(gè)整體，分別負(fù)責(zé)著機(jī)床通訊、程序編輯和程序管理。

    CIMCO DNC－Max Server是系統(tǒng)的核心，運(yùn)行在系統(tǒng)的Windows2000服務(wù)器上，負(fù)責(zé)數(shù)控機(jī)床的聯(lián)網(wǎng)和程序的傳輸，程序的上傳和下載只需要機(jī)床操作人員在機(jī)床操作面板上直接完成，服務(wù)器無(wú)需人看管，它能自動(dòng)響應(yīng)機(jī)床端發(fā)來(lái)的指令；可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)床同時(shí)調(diào)用、同時(shí)在線加工，如圖2所示 。

    CIMCO Edit是一套可以對(duì)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)處理、文件的智能比較、DNC傳輸和三維刀位軌跡仿真的應(yīng)用程序

CIMCO NCBase 是一套高端數(shù)控程序管理系統(tǒng)，運(yùn)行于Windows2000服務(wù)器上。它可以對(duì)數(shù)控程序的各種信息，如程序號(hào)、圖號(hào)、零件號(hào)、機(jī)床、用戶信息等進(jìn)行管理；也可以對(duì)程序注釋、刀具清單、程序結(jié)構(gòu)、數(shù)碼圖片等與程序相關(guān)的信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)管理。還可以進(jìn)行完善的人員權(quán)限與流程簽署設(shè)置（不同的人員設(shè)置不同的權(quán)限，如：編輯、修改、批準(zhǔn)、上傳、檢驗(yàn)等）；并可自動(dòng)備份，程序每修改一次，都按不同的版本形式自動(dòng)備份；各版本之間還可以進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)不同之處。自動(dòng)產(chǎn)生管理記錄（包括：創(chuàng)建時(shí)間、創(chuàng)建人、修改刪除時(shí)間，以及修改人等信息），具有良好的可追溯性。

4應(yīng)用

    CIMCO DNC軟件系統(tǒng)的功能非常強(qiáng)大，包括程序傳輸?shù)那昂筇幚怼⒌毒咔鍐蔚淖詣?dòng)提取、關(guān)聯(lián)文件的管理、簽署流程的管理等，這里只介紹基本功能應(yīng)用。

    4．1 服務(wù)器端的應(yīng)用

    系統(tǒng)服務(wù)器程序安裝車間程序監(jiān)控室的Windows2000 Server上，無(wú)人值守，數(shù)控工藝人員將編制完成的數(shù)控程序加載到NCBase，并進(jìn)行相應(yīng)的流程簽署，供機(jī)床端查詢和調(diào)用。要完成這樣的功能，需要兩個(gè)重要的客戶端軟件來(lái)對(duì)服務(wù)器軟件進(jìn)行管理、設(shè)置和監(jiān)控，兩個(gè)客戶端軟件分別是數(shù)據(jù)庫(kù)客戶端和DNC-Max程序傳輸客戶端。

    （1）數(shù)據(jù)庫(kù)客戶端與CIMCO Edit 集成在一起，在數(shù)控工藝組設(shè)定了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)庫(kù)客戶端軟件，可以瀏覽數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的程序和各種信息。在數(shù)據(jù)庫(kù)客戶端上，技術(shù)人員可以對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行管理，數(shù)據(jù)庫(kù)NCBASE不僅管理數(shù)控程序，也對(duì)人員進(jìn)行管理。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)客戶端，由系統(tǒng)管理員設(shè)定每個(gè)數(shù)控工藝技術(shù)人員和技術(shù)主管領(lǐng)導(dǎo)的權(quán)限，數(shù)控程序的簽署流程也可在NCBASE數(shù)據(jù)庫(kù)的管理下實(shí)現(xiàn)。

    （2）DNC-Max程序傳輸客戶端，在系統(tǒng)管理員處和程序監(jiān)控室分別安裝傳輸客戶端，用于管理員監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)DNC傳輸運(yùn)行情況，幫助分析傳輸問(wèn)題，監(jiān)控各個(gè)通訊端口傳輸日志。通過(guò)在程序傳輸客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)各臺(tái)數(shù)控機(jī)床對(duì)應(yīng)的端口進(jìn)行傳輸參數(shù)設(shè)定，包括網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐ㄓ崊f(xié)議、握手信號(hào)、遠(yuǎn)程請(qǐng)求命令、以及可調(diào)用的數(shù)控程序等。

    4．2 加工現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

    加工現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用非常簡(jiǎn)單方便，主要包括以下兩個(gè)方面：

    （1）數(shù)控程序的仿真，程序的仿真通過(guò)放置在車間的兩臺(tái)觸摸屏終端來(lái)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)操作工人根據(jù)需要，通過(guò)觸摸屏進(jìn)入CIMCO NCBase環(huán)境，查看對(duì)應(yīng)的加工程序、刀具清單、裝夾注意事項(xiàng)等相關(guān)文件，并可方便地進(jìn)行數(shù)控程序的刀具路徑仿真。

    （2）數(shù)控程序的調(diào)用，數(shù)控程序的調(diào)用分為4個(gè)步驟：

    ①根據(jù)在服務(wù)器端設(shè)定的遠(yuǎn)程請(qǐng)求方式，在機(jī)床端通過(guò)控制面板向服務(wù)器發(fā)送查詢請(qǐng)求，服務(wù)器自動(dòng)識(shí)別請(qǐng)求端口，并向請(qǐng)求端發(fā)送當(dāng)前的數(shù)控程序列表；

    ②在機(jī)床端接受數(shù)控程序列表，在需要調(diào)用的數(shù)控程序行前面加上請(qǐng)求發(fā)送的標(biāo)志信息，然后向服務(wù)器發(fā)送該程序列表；

    ③服務(wù)器根據(jù)接收到的程序列表和所請(qǐng)求發(fā)送的標(biāo)志信息，自動(dòng)向相應(yīng)的端口發(fā)送要求的數(shù)控程序；

    ④在機(jī)床端接收請(qǐng)求發(fā)送的數(shù)控程序，然后進(jìn)行程序的實(shí)際加工。

    5．結(jié)束語(yǔ)

    數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)DNC應(yīng)用和實(shí)施，使機(jī)床的程序傳輸效率和傳輸準(zhǔn)確性大大提高，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控、管理具有很大的輔助作用，使數(shù)控程序的管理規(guī)范化、系統(tǒng)化向前邁出了一大步。有了目前的數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，為將來(lái)的車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)、設(shè)備在線維護(hù)系統(tǒng)和上端的AVIDM等系統(tǒng)提供了一個(gè)鏈接的平臺(tái)，成為了整個(gè)企業(yè)信息化建設(shè)的重要組成部分。